管道MIG焊电弧声特征分析与声道形成机理研究

论文摘要

熔化极惰性气体保护焊(MIG)广泛的应用于管道焊接中。焊接过程中,电弧声携带了大量的有关焊接状态的信息,如果将这些信息提取并在管道焊接中加以利用会有效的提高焊接质量。本文以电弧声信号为对象,对MIG管道焊接电弧声与焊缝熔透状态之间的关系和电弧声声道形成机理作了相关研究,论文的主要内容如下:建立了管道MIG焊接实验的硬件系统平台和一系列集电弧声信号采集、分析和降噪于一体的软件系统。本系统可以针对管道焊接电弧声进行实时的双通道信号采集,同时采集焊接过程中不同位置的电弧声信号。对采集的管道焊接电弧声信号做降噪处理,信号降噪选择4层小波函数,实验结果表明信号中的噪声被有效的滤除,并且保留了原始信号的突变特征,信号变得更加清晰,大大增加了可读性,去噪效果良好。在对信号作了降噪处理后从时域、频域和时频域三个方面研究了电弧声信号和焊接熔透状态之间内在联系。管道外部的电弧声能量主要在频率段为4～10kHz的范围内反映熔透状态的变化,而管道内部反映熔透状态变化的频率段的范围则是在0～4kHz,管道外反映熔透的频率段相对于管道内要高。论述了管道焊接电弧声的产生机理和声道的形成机理。管道电弧声产生的激励源是等离子体振荡使周围的介质发生机械振动,这种机械振动以声波的方式向外传播。管道焊接的声道系统是由管道自身内部相对封闭的空间与电弧内部存在的类似一个椭圆的腔体两部分组成的。电弧声是激励源和声道相互作用形成的。声道的谐振频率决定了管道电弧声的频谱特征。采用线性预测分析方法(LPC)建立了管道电弧声模型,并借助LabVIEW得以实现对电弧声信号的模拟。实验表明,LPC频率响应可以很好的描述管道焊接电弧声信号的频率谱包络。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 管道焊接应用现状
• 1.3 焊接电弧声发射控制焊接质量研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 MIG 管道焊接双通道电弧声信号采集与分析系统
• 2.1 电弧声信号采集系统硬件设计
• 2.1.1 硬件系统组成
• 2.1.2 数据采集卡的选择
• 2.2 电弧声信号采集系分析与系统软件设计
• 2.2.1 声卡参数配置设计
• 2.2.2 电弧声信号采集程序设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 电弧声信号小波降噪处理
• 3.1 小波的理论基础
• 3.1.1 小波的基本含义
• 3.1.2 连续小波变换
• 3.1.3 小波分析的Mallet 算法与离散小波变换
• 3.2 小波降噪在LabVIEW 中的实现
• 3.3 管道电弧声降噪试验
• 3.3.1 获取信号
• 3.3.2 小波降噪实验结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 MIG 管道焊接电弧声信号特征分析
• 4.1 实验信号获取
• 4.2 时域分析
• 4.3 频域分析
• 4.4 时频分析
• 4.4.1 小波包时频分析原理
• 4.4.2 焊接电弧声与熔透的相关性
• 4.5 本章小结
• 第5章 电弧声声道形成机理及参数化模型
• 5.1 管道电弧声形成的动因
• 5.2 管道电弧声发射形成机理
• 5.3 管道焊接电弧声数学模型
• 5.3.1 线性预测的基本原理
• 5.3.2 线性预测方程的建立和求解
• 5.3.3 电弧声信号LPC 模型
• 5.3.4 LPC 管道电弧声信号频率响应
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢